水下分流河道砂體的疊置樣式及其儲(chǔ)層非均質(zhì)性變化特征

趙小慶，鮑志東，劉宗飛，柴秋會(huì)

1)中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，北京，102249； 2)中國(guó)石油大學(xué)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，102249

內(nèi)容提要：在研究區(qū)目的層進(jìn)行高分辨率層序地層研究的基礎(chǔ)上，對(duì)分流河道微相的儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性進(jìn)行分析，應(yīng)用不同級(jí)次基準(zhǔn)面旋回成因的沉積學(xué)分析和表征儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性的各項(xiàng)巖芯化驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)定量分析，指出基準(zhǔn)面旋回因素對(duì)不同級(jí)次水下分流河道主體儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性影響存在差異：?jiǎn)我凰路至骱拥篮蛦纹趶?fù)合水下分流河道的儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性呈正韻律變化，多期復(fù)合水下分流河道儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性分布呈不規(guī)則趨勢(shì)，多級(jí)次的基準(zhǔn)面旋回及其伴隨的可容納空間變化所引起的沉積環(huán)境的變化影響水下分流河道儲(chǔ)層非均質(zhì)性。

三角洲前緣是我國(guó)已發(fā)現(xiàn)油田的重要儲(chǔ)層類(lèi)型之一(徐安娜等，1989)，而水下分流河道是河控三角洲前緣儲(chǔ)集砂體的重要組成部分，故進(jìn)行水下分流河道儲(chǔ)層非均質(zhì)性研究對(duì)油氣開(kāi)發(fā)及剩余油挖潛具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。廣大學(xué)者在儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性層次分類(lèi)的基礎(chǔ)上(裘亦楠，1991；陳占坤等，2006)，分析了影響儲(chǔ)層物性分布規(guī)律的控制因素，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性不但受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)(曾聯(lián)波等，2007)和成巖作用(鄭俊茂和龐明，1989；熊琦華等，1994；鄒才能等，2008)影響，同樣受控于沉積因素(韓會(huì)軍等，2007)。而基準(zhǔn)面旋回通過(guò)可容空間與物源供給相對(duì)變化等沉積過(guò)程(付國(guó)民等，2005)對(duì)沉積物的巖礦類(lèi)型(羅忠等，2007)、巖相組合(Timothy，2000)和規(guī)模展布(樊太亮和李衛(wèi)東，1999)產(chǎn)生影響，從而使儲(chǔ)層沉積微相類(lèi)型產(chǎn)生差異(張世廣等，2009)，最終使不同旋回階段的砂巖儲(chǔ)層的質(zhì)量非均質(zhì)性有異。前人研究主要側(cè)重于在探討不同基準(zhǔn)面旋回中不同沉積微相類(lèi)型對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性差異的影響，對(duì)不同基準(zhǔn)面旋回階段的水下分流河道儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性的分布特征及控制機(jī)理則探討較少(樊太亮和李衛(wèi)東，1999；柯光明等，2007)。本文以扶余油田東區(qū)扶余油層水下分流河道儲(chǔ)層為例，在應(yīng)用密井網(wǎng)(平均井距125m)建立高分辨率層序地層格架的基礎(chǔ)上，對(duì)2216口井的儲(chǔ)層物性參數(shù)進(jìn)行分析，探討基準(zhǔn)面旋回對(duì)水下分流河道儲(chǔ)層非均質(zhì)性的控制作用。

圖 1 松遼盆地扶余油田地理位置圖(據(jù)王永春，2001)Fig．1 Geographical location of the Fuyu Oilfield in the Songliao Basin (after Wang Yongchun, 2001)

1 區(qū)域地質(zhì)概況

扶余油田位于松遼盆地南部扶新隆起帶東緣扶余Ⅲ號(hào)構(gòu)造(圖1)，松遼盆地南部中央坳陷區(qū)東緣，是一個(gè)被斷層復(fù)雜化的多高點(diǎn)穹隆背斜，油藏類(lèi)型為被斷裂復(fù)雜化的層狀構(gòu)造油藏。主力油層為白堊系泉頭組上油組，是一套完整的河流—三角洲沉積(王志武等，1993)，其中泉四段扶余油層為典型的三角洲前緣沉積(張慶國(guó)等，2007；胡學(xué)智等，2008)，油藏埋深300～500m，厚度約為200m，為本次研究的目的層段。

扶余油層的孔隙類(lèi)型主要以原生砂巖粒間孔隙為主，次生孔隙不發(fā)育，喉道形態(tài)較為復(fù)雜，儲(chǔ)層有效厚度平均為6．6m，主力油層主要包括扶余油層的2、4、7、9、10小層，孔隙度平均為25%，滲透率平均為160×10-3μm2，屬中孔中滲儲(chǔ)層；儲(chǔ)層礦物成分以石英砂巖為主，膠結(jié)類(lèi)型以泥質(zhì)和鈣質(zhì)膠結(jié)為主，巖石成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較高；巖石固結(jié)程度低到中等，顆粒接觸以點(diǎn)接觸和點(diǎn)線接觸為主，整體處于早成巖階段。由于埋深跨度較小(100m)，故成巖作用儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性影響較弱。

2 高分辨率層序地層格架

根據(jù)前人研究成果，可將扶余油層劃分為13個(gè)小層、17個(gè)韻律層。結(jié)合前人對(duì)基準(zhǔn)面旋回級(jí)次問(wèn)題的大量研究(張慶國(guó)等，2007；胡學(xué)智等，2008)，若將三級(jí)層序?qū)?yīng)為長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回，則可將扶余油層作為一個(gè)長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回。在長(zhǎng)期旋回內(nèi)部，根據(jù)巖芯及測(cè)井曲線變化特征(表1)，可進(jìn)一步劃分為4個(gè)中期基準(zhǔn)面旋回、13個(gè)短期旋回(表2)。其中，短期旋回主要發(fā)育單一水下分流河道級(jí)次砂體，中期旋回對(duì)應(yīng)復(fù)合水下分流河道級(jí)次砂體，長(zhǎng)期旋回發(fā)育多期復(fù)合水下分流河道(圖2)。

圖 2 松遼盆地扶余油田東區(qū)基準(zhǔn)面旋回綜合模式圖Fig. 2 Synthetic pattern of base-level cycle of K1q4 in the eastern Fuyu Oilfield, Songliao Basin

3 沉積微相特征與儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)定量評(píng)價(jià)參數(shù)

由于本文重點(diǎn)是探討基準(zhǔn)面旋回對(duì)單一微相儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性的控制，本次研究對(duì)2216口開(kāi)發(fā)井的單一水下分流河道主體的儲(chǔ)層非均質(zhì)定量評(píng)價(jià)參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并通過(guò)巖性和測(cè)井曲線特征在扶余油層識(shí)別出了水下分流河道、遠(yuǎn)砂壩、堤岸和水下分流河道間等微相類(lèi)型(表3)，綜合考慮砂體發(fā)育程度及代表性,本次研究將對(duì)單一水下分流河道主體的儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)參數(shù)進(jìn)行分析(吳勝和等， 2008；溫立峰等，2011)。

4 基準(zhǔn)面旋回對(duì)水下分流河道儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性的控制

基準(zhǔn)面旋回通過(guò)對(duì)異旋回和自旋回兩種作用機(jī)制對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育產(chǎn)生影響(李海燕等，2004)。其中，異旋回主要是由盆地沉降、沉積物供給和湖平面變化等外部因素引起沉積體系的變化，自旋回則是通過(guò)河流洪水事件等水體自身水動(dòng)力變化和山體垮塌等物源供給程度突然變化等現(xiàn)象進(jìn)行表征。因此，自旋回通常以事件沉積作用為主，如物源較近或盆地規(guī)模較小的沉積環(huán)境自旋回作用明顯(劉國(guó)勇等，2006)；并且在發(fā)育時(shí)間較短的基準(zhǔn)面旋回，如短期或超短期級(jí)次旋回自旋回作用明顯(尹太舉等，2005)；同樣，在盆地基底升降等構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較平緩的情況下，自旋回也會(huì)對(duì)儲(chǔ)層砂體的沉積產(chǎn)生明顯影響。

表 1 松遼盆地扶余油田東區(qū)扶余油層高分辨率層序地層格架特征和識(shí)別手段Table 1 High resolution sequence stratigraphic frame work features and recognition method of the K1q 4 in the eastern Fuyu Oilfield, Songliao Basin

4.1 短期基準(zhǔn)面旋回與單一水下分流河道儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性關(guān)系

通過(guò)對(duì)工區(qū)目的層10個(gè)短期基準(zhǔn)面旋回進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，單一水下分流河道主體儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性自下而上呈整體變強(qiáng)的正韻律為特征。下面將以SSC3短期旋回為例(圖3)，對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)論述。

圖 3 松遼盆地扶余油田SSC3短期基準(zhǔn)面旋回非均質(zhì)模式(J20井)Fig. 3 The macro scopichetero geneity pattern of SSC3 short-term base-level cycles in the Fuyu Oilfield, Songliao Basin (Well-J20)

在SSC3短期基準(zhǔn)面旋回中，隨著基準(zhǔn)面下降，可容納空間與物源供給比值不斷增加，沉積水體變深、水動(dòng)力條件變?nèi)?，使沉積的砂體粒度不斷變細(xì)、泥質(zhì)含量也相應(yīng)升高，故儲(chǔ)層孔隙體積總體變小、孔隙度變小，并且孔隙喉道由于直徑減小、泥質(zhì)顆粒增多等原因，逐漸易被堵塞。這是由于隨著水動(dòng)力條件(自旋回因素)的減弱，沉積物的粒度中值變小、孔隙體積減小，且泥質(zhì)顆粒相對(duì)增加，使儲(chǔ)層的平均孔喉半徑減少、孔喉體積比減少、均質(zhì)性和連通滲流能力不斷減弱，同時(shí)，由于與前三角洲泥巖的距離不斷減少，儲(chǔ)層物性?shī)A層區(qū)域發(fā)育。因此，單一水下分流河道主體自下而上呈儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性整體變強(qiáng)的正韻律為特征。

表 2 松遼盆地扶余油田東區(qū)泉四段高分辨率層序地層劃分與巖石地層對(duì)比關(guān)系表Table 2 The comparison between the high resolution sequence stratigraphic division and the lithostratigraphy of the K1q4 in the eastern Fuyu Oilfield, Songliao Basin

表 3 松遼盆地扶余油田東區(qū)泉四段不同類(lèi)型沉積微相特征Table 3 Different types of sedimentary microfacies characteristics of the K1q4 in the eastern Fuyu Oilfield, Songliao Basin

圖 4 松遼盆地扶余油田水下分流河道主體物性及非均質(zhì)性與中期基準(zhǔn)面旋回的關(guān)系Fig. 4 The relationship between the underwater distributary channel’s physical parameters and lithologic inter bed and the middle term base-level cycles in the Fuyu Oilfield, Songliao Basin

在此過(guò)程中，儲(chǔ)層分選系數(shù)(通過(guò)反映沉積物搬運(yùn)距離而間接表征湖平面升降等異旋回因素)基本不變，說(shuō)明雖然異旋回因素在沉積過(guò)程中同樣影響著單一水下分流河道主體的非均質(zhì)性，但由于短期旋回持續(xù)時(shí)間較短，使異旋回因素變化處于相對(duì)靜止的狀態(tài)，此時(shí)沉積水體的水動(dòng)力條件等自旋回因素(黃彥慶等，2006；吳勝和，2010；溫立峰等，2011；吳勝和等，2011)成為影響單一水下分流河道主體儲(chǔ)層質(zhì)量主要原因。所以，在自旋回因素影響下，砂體內(nèi)部互相疊置且相對(duì)獨(dú)立的物性韻律單元與物性?shī)A層進(jìn)行有序組合，導(dǎo)致單一水下分流河道主體儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性呈現(xiàn)正韻律特征。

圖 5 松遼盆地扶余油田水下分流河道主體物性及非均質(zhì)性與長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回的關(guān)系Fig. 5 The relationship between the underwater distributary channel’s physical parameters and lithologic inter bed and the long term base-level cycles in the Fuyu Oilfield, Songliao Basin

4．2 中期基準(zhǔn)面旋回與復(fù)合水下分流河道儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性關(guān)系

中期基準(zhǔn)面旋回對(duì)應(yīng)于復(fù)合水下分流河道主體級(jí)次砂體，由多期單一水下分流河道復(fù)合而成。雖然微相類(lèi)型相同，但處于中期旋回不同位置的單一水下分流河道主體的儲(chǔ)層質(zhì)量具有明顯差異，并且其非均質(zhì)性表現(xiàn)為自下而上依次變強(qiáng)的特征。由于MSC3中期旋回的砂體相對(duì)較發(fā)育且具有代表性，本文將對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)分析。

MSC3中期基準(zhǔn)面旋回發(fā)育于長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回上升旋回的中期，由3個(gè)短期旋回組成。在中期旋回初期，由于可容納空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于物源補(bǔ)給，盆地以補(bǔ)給沉積為主，沉積了一套前三角洲泥巖；隨后在構(gòu)造等異旋回因素影響下，中期基準(zhǔn)面上升，可容納空間開(kāi)始增大，但由于沉積物供給較多且搬運(yùn)距離相對(duì)較遠(yuǎn)等原因，儲(chǔ)層砂體發(fā)育且分選性較好(圖4)，導(dǎo)致此階段發(fā)育的單一水下分流河道主體儲(chǔ)層物性整體較好、非均質(zhì)性較弱；并且由于泥質(zhì)含量相對(duì)較小等原因，砂巖中泥質(zhì)夾層相對(duì)不發(fā)育。隨著中期基準(zhǔn)面不斷上升、可容納空間與物源補(bǔ)給的比值不斷增大，湖盆逐漸擴(kuò)張，沉積地點(diǎn)靠近物源區(qū)，使沉積物搬運(yùn)距離變短、分選變差；同時(shí)，在沉積水體的水動(dòng)力條件持續(xù)變?nèi)醯挠绊懴?，使依次沉積的多期單一水下分流河道主體的物性整體逐漸變差、非均質(zhì)性不斷變強(qiáng)。故在構(gòu)造等異旋回因素的控制下，儲(chǔ)層的分選程度不斷變差，使砂巖的孔喉結(jié)構(gòu)相應(yīng)變差，導(dǎo)致不同時(shí)期形成的單一水下分流河道的儲(chǔ)層質(zhì)量微觀非均質(zhì)性出現(xiàn)差異。

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，中期旋回發(fā)育時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，處于中期旋回不同位置的單一水下分流河道，由于受到異旋回因素的影響而使各自的可容納空間、沉積物補(bǔ)給和搬運(yùn)距離有異，同時(shí)，體積分配和粒度分異作用也使各自沉積環(huán)境出現(xiàn)差異，導(dǎo)致相同類(lèi)型微相的儲(chǔ)層質(zhì)量出現(xiàn)差異；再結(jié)合水動(dòng)力條件持續(xù)減弱等自旋回因素影響，多期單一水下分流河道主體進(jìn)行有序組合，使復(fù)合水下分流河道主體的儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性總體表現(xiàn)為底部較弱、頂部較強(qiáng)的規(guī)律性變化。

4．3 長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回與多期復(fù)合水下分流河道儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性關(guān)系

對(duì)于長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回從下到上，依次發(fā)育3期復(fù)合水下分流河道，分別對(duì)應(yīng)于MSC3、MSC2、MSC1中期旋回。雖然同樣由多期單一水下分流河道組成，長(zhǎng)期旋回的儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性卻表現(xiàn)為，自下而上先由強(qiáng)變?nèi)?個(gè)正旋回規(guī)律性變化(圖5)。

這是由于長(zhǎng)期旋回發(fā)育時(shí)間跨度較大，在中期旋回發(fā)育過(guò)程中，盆地基地升降等異旋回因素對(duì)其影響顯著，使中期基準(zhǔn)面出現(xiàn)周期性升降的特征，從而引起沉積水體的水動(dòng)力條件出現(xiàn)由強(qiáng)變?nèi)醯姆浅掷m(xù)性變化。因此，在中期基準(zhǔn)面旋回范圍內(nèi)，自旋回因素對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的影響會(huì)受到異旋回因素的制約，在此條件下，多期復(fù)合水下分流河道主體之間的儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性差異較大、分布的規(guī)律性不明顯。

5 結(jié)論

(1)由于研究區(qū)目的層構(gòu)造發(fā)育較為簡(jiǎn)單、儲(chǔ)層埋藏深度變化較小，故構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和成巖作用對(duì)研究區(qū)目的層水下分流河道儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性的整體影響差異較小。

(2)研究區(qū)目的層水下分流河道主體儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性主要受控于多級(jí)次的基準(zhǔn)面旋回及其伴隨的可容納空間變化所引起的沉積環(huán)境的變化。

(3)研究區(qū)目的層單一水下分流河道主體儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性主要受自旋回因素影響而表現(xiàn)為正韻律特征，單期次復(fù)合水下分流河道主體儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性受自旋回和異旋回因素共同控制而呈現(xiàn)底部較弱、頂部較強(qiáng)的規(guī)律性變化，多期次復(fù)合水下分流河道主體儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性受異旋回因素主導(dǎo)而出現(xiàn)無(wú)規(guī)則分布。